建議關(guān)注超氧化物歧化酶

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建議關(guān)注超氧化物歧化酶
1、超氧化物歧化酶簡介
超氧化物歧化酶，是英文superoxide dismutase的縮寫，簡稱SOD，是一種能夠催化超氧化物通過歧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氧氣和過氧化氫的金屬酶。 它有2個亞基，相對分子質(zhì)量約32 000（Cu，Zn-SOD）。1938年Mann和Keilin首次從牛血紅細(xì)胞中分離得到該酶, 1969年美國科學(xué)家Mccord及Fridovich發(fā)現(xiàn)該蛋白具有催化O2.發(fā)生歧化反應(yīng)的功能,故將此酶命名為超氧化物歧化酶。
SOD按其金屬輔基成分的不同，可分為三大類：鐵超氧化物歧化酶（Fe-SOD）、錳超氧化物歧化酶（Mn-SOD）和銅鋅超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）。它分布很廣，動植物以及微生物中均有發(fā)現(xiàn)，真菌里一般含錳超氧化物歧化酶（Mn-SOD）和銅鋅超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）。植物細(xì)胞中的Fe-SOD 主要存在于葉綠體中。大多數(shù)原始的無脊椎動物細(xì)胞中都存在Cu/Zn-SOD ，脊椎動物則一般含有Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。人、鼠、豬、牛等紅細(xì)胞和肝細(xì)胞中含Cu/Zn-SOD，且其主要存在于細(xì)胞質(zhì)，同時也存在于線粒體內(nèi)外膜之間。而從人和動物肝細(xì)胞中也純化了Mn-SOD，其一般存在于線粒體基質(zhì)中。
SOD是至今為止發(fā)現(xiàn)的唯一以自由基為底物的酶，能專一地清除生物氧化過程中產(chǎn)生的超氧陰離子自由基（O2-）。它是機(jī)體對抗自由基的第一道防線，在維持生物機(jī)體內(nèi)自由基產(chǎn)生與清除的動態(tài)平衡過程中起著極其重要的作用。而自由基被稱為是萬病之源，清除自由基則具有預(yù)防和治療疾病、延緩衰老等重大作用。正是由于SOD的這一特點(diǎn)，不少人認(rèn)為SOD的發(fā)現(xiàn)具有里程碑意義，它可能是破解了衰老與疾病的終級密碼，打開了人類的長壽之門。美國著名營養(yǎng)學(xué)家漢斯·卡特勒博士說，SOD是近10年來醫(yī)藥及營養(yǎng)學(xué)上最輝煌的發(fā)現(xiàn)。
我國對SOD研發(fā)也十分重視，SOD項目先后被列入國家發(fā)改委、科技部、商務(wù)部聯(lián)合重點(diǎn)推進(jìn)項目，是我國“十五”、“十一五”863計劃的重大科研課題。
目前，科學(xué)家已從動物、植物和微生物中分離得到了SOD。
2、超氧化物岐化酶的作用機(jī)理
SOD 是一種重要的抗氧化劑，保護(hù)暴露于氧氣中的細(xì)胞。其能夠催化超氧化物通過歧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氧氣和過氧化氫主要通過以下兩步完成：
M3 + + O2·+ H + →M2 + ( H + ) + O2
          M2 + ( H + ) + H + + O2· →M3 + + H2O2
這里 M 代表金屬輔因子，M3+ 代表金屬輔因子的最高價，M2+ 代表金屬輔因子被氧化以后的價位。這種逐步遞增機(jī)制從反應(yīng)動力學(xué)來說，具有如下優(yōu)點(diǎn): 首先，一個分子反應(yīng)能克服兩個分子同時反應(yīng)之間產(chǎn)生的靜電排斥作用，且?guī)д�電荷的活性金屬特異性結(jié)合帶副電荷的超氧陰離子( O2·)。其次，活性位點(diǎn)的金屬離子靜電引力被一個質(zhì)子吸收并保存，在這種機(jī)制中，歧化反應(yīng)的產(chǎn)物是中性的，不互相約束。第三，第一步反應(yīng)釋放的能量能提供給第二步來還原超氧陰離子 ( O2·) ，然后 H2O2再被過氧化氫酶還原成 H2O。
3、超氧化物岐化酶的生產(chǎn)方式
目前 SOD 的生產(chǎn)方式主要有四種:
（1）用動物血液提取法。這是20世紀(jì) 90年代以前最常用的方法。這種方法存在交叉感染和過敏性反應(yīng)等風(fēng)險，歐盟已于1999 年頒布法令，禁止把從動物血液中提取的SOD用于人類的醫(yī)療和保健。
（2）從植物中提取�，F(xiàn)已報道分別從大蒜、桑葉、沙棘、仙人掌、玉米和大豆中成功提取獲得SOD。其提取方法主要有分步鹽析法、有機(jī)溶劑沉淀法和層析法等。但植物中 SOD 含量較少，提取工藝相對復(fù)雜，這就使得 SOD生產(chǎn)成本相對較高。
（3）微生物發(fā)酵法生產(chǎn) SOD。選育 SOD 高產(chǎn)菌株進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)是一種比較有效的方法，1997 年王歲樓等利用常規(guī)篩選方法自然篩選出1 株 SOD高產(chǎn)菌株，酶活可達(dá) 600 U/g 濕菌體，為 SOD 的工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。吳思方等研究了從啤酒廢酵母生產(chǎn)、提取和純化SOD的方法及條件，得到比活為3048 U/mg的SOD。 微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)SOD，不僅產(chǎn)量高，而且提取工藝簡單，因而能大幅度降低SOD的生產(chǎn)成本。
（4）基因工程法是獲得應(yīng)用所需 SOD 產(chǎn)品有效途徑。近年來，美國、日本、英國和德國相繼開發(fā)了微生物基因工程產(chǎn)品，并進(jìn)行了臨床實(shí)驗。施惠娟等分別以人胎肝組織及人肝細(xì)胞株( L02) 總 RNA 為模板，以 RT-PCR 法獲得 hCu/Zn-SOD 和 hMn-SODcDNA，構(gòu)建表達(dá)質(zhì)粒 pETSOD，并導(dǎo)入 E．coil 細(xì)胞中使之表達(dá)，分別獲得了38%和50%的高表達(dá)率且有活性。目前，國內(nèi)外在基因工程生產(chǎn) SOD方面均取得了可喜的成果。
4、超氧化物岐化酶的應(yīng)用
（1）SOD 在醫(yī)藥上的應(yīng)用。正常健康機(jī)體內(nèi)自由基的形成和清除處于一種動態(tài)平衡中，但隨著年齡的增長，體內(nèi)SOD 的 含量呈下降趨勢，相應(yīng)的增長的自由基會破壞機(jī)體的平衡，使機(jī)體產(chǎn)生各種疾病。所以，保持體內(nèi)適量的 SOD 是維護(hù)健康和延緩衰老的有效途徑。SOD的缺少和活性降低是人類生老病死的根本原因。 根據(jù)這一原理，作為自由基清除劑之一的 SOD 現(xiàn)已被用于臨床治療研究，并取得一定的效果。甚至有專家稱SOD酶是人類長壽唯一決定酶，是人體“抗衰之王”。
（2）與其他抗氧化劑一樣,SOD可作為罐頭食品、果汁、啤酒等的抗氧化劑,防止過氧化酶引起的食品變質(zhì)及腐敗現(xiàn)象，還可作為水果、蔬菜等的良好保鮮劑。由于絕大部分蔬菜、水果都含SOD,其中含量較高的有刺梨、香蕉、獼猴桃、菠蘿、山楂、大蒜等,水果果皮中SOD活性明顯高于果肉。水果中SOD活性在儲藏期間均呈下降趨勢。人們利用這些富含SOD
的原料開發(fā)了天然保健食品如蘆薈汁、大蒜素、刺梨汁、菠蘿汁、麥綠素等。另外,還可將SOD作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑加入食品中制成新的保健食品。
（3）SOD 在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。SOD 與植物生物和非生物脅迫抗性有很重要的關(guān)系。通過對水稻、狹葉羽扇豆、煙草等的研究結(jié)果看，在鹽害環(huán)境下 SOD 活性升高。國外對小麥斑點(diǎn)病、黃瓜霜霉病、棉花黃萎病等也進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，凡感染病害的植株體內(nèi) SOD 活性都有所增強(qiáng)。光調(diào)節(jié)的發(fā)育過程包括發(fā)芽、莖的生長、葉和根的發(fā)育、向光性、葉綠素的合成、分枝及花的誘導(dǎo)等。在對紅樹林的研究中發(fā)現(xiàn)， 3d 的暗培養(yǎng)并沒有使 SOD 的表達(dá)量發(fā)生變化，而 7d 暗培養(yǎng)后 SOD mRNA 表達(dá)量明顯下降。無論 SOD 活性升高或是降低、 表達(dá)量增加還是減少，都會發(fā)現(xiàn)活性高的與表達(dá)量高的株系抗性較強(qiáng)。SOD 的表達(dá)量高低與活性的強(qiáng)弱都直接決定了植物的抗逆性。SOD 在植物基因工程中的應(yīng)用廣泛受到科研工作者的關(guān)注和重視，試圖通過轉(zhuǎn) SOD 基因技術(shù)來培育高抗逆農(nóng)作物新品種已成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)之一。2002 年克隆出了桃的 Mn-SOD基因。2006 年希臘克隆出了棉花的 Cu/Zn-SOD基因。我國也克隆出了水稻的 Fe-SOD 基因， 并且原核表達(dá)出了有活性的蛋白。這些研究都為利用培育高抗性的轉(zhuǎn)基因植物提供了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
    （4）SOD在其他方面的應(yīng)用。SOD既可以作為藥用酶,也可作為化妝品的添加劑,國際生化委員會,美國聯(lián)邦食品管理局稱其為“抗衰因子”、“美容嬌子”,具有抗衰老、防曬、抗炎等功效。SOD還可以加入到牙膏、漱口水、含片等中,對預(yù)防口腔疾病有一定的療效。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的SOD系列微生物制劑即益微SOD已被推廣應(yīng)用。
5、國內(nèi)外超氧化物岐化酶研究現(xiàn)狀
近幾十年, SOD一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。但他們的研究大多集中于從動物血液或臟器中提取SOD，易受原料來源、產(chǎn)品得率、穩(wěn)定性及安全性等方面的限制。微生物具有原料便宜易得,可大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢,因而,近些年很多學(xué)者都致力于用微生物發(fā)酵生產(chǎn)SOD的研究。上世紀(jì)80年代后,美國和日本已先后開發(fā)了用發(fā)酵法生產(chǎn)SOD,大大降低了生產(chǎn)成本。目前,國內(nèi)外在微生物SOD的菌種選育、發(fā)酵工藝、分離提純、生理學(xué)研究、基因克隆表達(dá)及SOD應(yīng)用方面都取得了較大進(jìn)展。
中國科學(xué)院微生物所從極端環(huán)境中篩選到一種耐熱 產(chǎn)SOD 的菌株，該SOD 能耐高溫，耐酸耐堿，穩(wěn)定性強(qiáng)，已通過國家科技部驗收并獲得國家發(fā)明專利。該所已與湖南鑫亞農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司合作生產(chǎn)銷售耐熱SOD酶。由中國科學(xué)院老專家技術(shù)中心領(lǐng)導(dǎo)的北京中科國發(fā)科學(xué)技術(shù)有限公司的控股企業(yè)北京奇化美生物科技有限公司，也在生產(chǎn)銷售中國科學(xué)院微生物研究所專利技術(shù)成果-耐熱SOD酶。